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1、物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院简易函数信号发生器的设计简易函数信号发生器的设计-可控增益宽带放大器设计（单片机部分）物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1.MCS-51MCS-51单片机的输入单片机的输入/输出接口输出接口主要内容：主要内容：输入输入/输出通道的组成与配置输出通道的组成与配置;设计的基本原理和方法；设计的基本原理和方法；D/A转换器性能转换器性能;接口电路与程序设计。接口电路与程序设计。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1.11.1 输入输入/输出通道概述输出通道概述 1.21.2 D/A D/A转换器及接口技术转换器及接口技术物理与电子电气工程
2、学院物理与电子电气工程学院过程过程I/O通道：通道：单片机系统和被控对象之间信息的交互通道。包括输入通单片机系统和被控对象之间信息的交互通道。包括输入通道、输出通道。道、输出通道。1.1.1 传感器传感器传感器：传感器：将各种输入变量转换成可供测量信号的器件。将各种输入变量转换成可供测量信号的器件。分类：分类：（1）按用途：压敏、力敏、位置、液面、能耗、速度、热敏、加）按用途：压敏、力敏、位置、液面、能耗、速度、热敏、加速度、射线辐射、振动、湿敏、磁敏、气敏、真空度和生物传感器等。速度、射线辐射、振动、湿敏、磁敏、气敏、真空度和生物传感器等。（2）按输出信号：模拟传感器、数字传感器、开关传感器
3、等。）按输出信号：模拟传感器、数字传感器、开关传感器等。1.11.1 输入输入/输出通道概述输出通道概述 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院发展方向：发展方向：（1）利用新的物理现象、化学反应、生物效应设计传感器；）利用新的物理现象、化学反应、生物效应设计传感器；（2）信号处理中的信息融合技术；）信号处理中的信息融合技术；（3）新型材料，及无源化发展；）新型材料，及无源化发展；（4）新的加工技术；）新的加工技术；（5）集成化、微型化、微功耗及无源化；）集成化、微型化、微功耗及无源化；（6）高可靠性、宽温度范围。）高可靠性、宽温度范围。应应用用领领域域：传传感感器器已已经经成成为为现现
4、代代信信息息技技术术系系统统三三大大支支柱柱之之一一，广广泛泛应用于工业、农业、航空航天、军事国防等领域。应用于工业、农业、航空航天、军事国防等领域。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1.1.21.1.2 单片机应用系统的输入单片机应用系统的输入/输出通道输出通道 过程过程I/O通道的一般结构通道的一般结构物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院输入通道（前向通道）：输入通道（前向通道）：被测对象与单片机之间的信号通道。被测对象与单片机之间的信号通道。组成：组成：传感器或敏感元件、传感器或敏感元件、通道结构、信号调节、通道结构、信号调节、A/D转换、电源的配置、干扰的抑制等。转换
5、、电源的配置、干扰的抑制等。设计：设计：（1 1）靠近对象采集信息；）靠近对象采集信息；（2 2）输输入入通通道道的的结结构构被被测测对对象象的的环环境境、输输入入信信号号的的类类型型、数量、大小，传感器、变送器的性能。数量、大小，传感器、变送器的性能。（3 3）模拟、数字等混杂电路；）模拟、数字等混杂电路；（4 4）放大电路；）放大电路；（5 5）抗干扰。）抗干扰。1 1输入通道输入通道物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院单单片片机机应应用用系系统统输输入入通通道道结结构构 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2 2输出通道输出通道 输出通道（后向通道）：输出通道（后向通道）
6、：单片机与被控对象之间的信号通道。单片机与被控对象之间的信号通道。组成：组成：功率驱动、功率驱动、D/AD/A转换、干扰的抑制等。转换、干扰的抑制等。设计：设计：（1 1）通道结构：）通道结构：（2 2）输输出出信信号号与与传传送送（模模拟拟信信号号与与数数字字信信号号，I/O口口与与数据总线数据总线；（3 3）驱动控制（小信号输出，大功率控制）；）驱动控制（小信号输出，大功率控制）；（4 4）抗干扰（电磁、机械干扰）。）抗干扰（电磁、机械干扰）。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院单片机应用系统输出通道结构单片机应用系统输出通道结构 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院3 3
7、信号处理电路信号处理电路功功能能：信信号号放放大大/变变换换，滤滤波波、零零点点校校正正、线线性性化化处处理理、温温度补偿、误差修正和量程切换等。度补偿、误差修正和量程切换等。注意：注意：信号处理可由硬件实现，有些也可由软件实现。信号处理可由硬件实现，有些也可由软件实现。（1）开关量输入：）开关量输入：电平匹配、电气隔离、互感器。电平匹配、电气隔离、互感器。（2）小信号放大技术：）小信号放大技术：测量放大器、可编程增益放大器、测量放大器、可编程增益放大器、带有放大器的小信号双线发送器。带有放大器的小信号双线发送器。（3）隔离放大技术：）隔离放大技术：隔离放大器（变压器耦合隔离放大器隔离放大器（
8、变压器耦合隔离放大器和光耦合隔离放大器）和光耦合隔离放大器）物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1.2 D/A转换器及接口技术转换器及接口技术 D/A转换器（转换器（Digit to Analog Converter）将将数数字字量量转转换换成成模模拟拟量量的的器器件件称称为为D/A转转换换器器，通通常用常用DAC表示。表示。D/A转换接口器设计中主要考虑的问题转换接口器设计中主要考虑的问题 芯片的选择、精度、转换时间、与芯片的选择、精度、转换时间、与CPU的接口方的接口方式、数字量的码输入、输出模拟量的类型与范围、功耗式、数字量的码输入、输出模拟量的类型与范围、功耗等。等。物理与电子
9、电气工程学院物理与电子电气工程学院1.2.1 D/A转换器的性能指标转换器的性能指标（1）分分辨辨率率：D/A转转换换器器能能分分辨辨的的最最小小输输出出模模拟拟增增量量，即即相相邻邻两两个个二二进进制制码码对对应应的的输输出出电电压压之之差差。可可用用最最低低位位（LSB）表表示示。如如，n位位D/A转转换换器的分辨率为器的分辨率为1/2n。（2 2）精精度度：D/A转转换换器器的的实实际际输输出出与与理理论论值值之之间间的的误误差差，以以满满量量程程VFS的的百百分分数数或或最最低低有有效效位位（LSB）的分数形式表示。的分数形式表示。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1.2.1
10、 D/A转换器的性能指标转换器的性能指标（3 3）线线性性误误差差：D/A的的实实际际转转换换特特性性与与理理想想的的转转换换特特性性之之间间的的偏偏差差。即即两两个个相相邻邻的的数数字字码码所所对对应应的的模模拟拟输输出出值值（之之差差）与与一一个个LSB所所对对应应的的模模拟拟值值之之差差。常常以以LSB的的分分数数形形式表示。式表示。（4 4）转转换换时时间间T TS S（建建立立时时间间）：从从D/A转转换换器器输输入入的的数数字字量量发发生生变变化化开开始始，到到其其输输出出模模拟拟量量达达到到相相应应的的稳稳定定值值所所需需要的时间。要的时间。（5 5）偏偏移移量量误误差差：输输入
11、入数数字字量量为为零零时时，输输出出模模拟拟量量对对零零的偏移值。的偏移值。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1.2.2 D/A转换器的分类转换器的分类 按输出信号分类：按输出信号分类：电压输出型和电流输出型。电压输出型和电流输出型。按是否含有锁存器分类：按是否含有锁存器分类：内部无锁存器和内部有锁存器。内部无锁存器和内部有锁存器。按能否作乘法运算分类：按能否作乘法运算分类：乘算型和非乘算型。乘算型和非乘算型。按输入数字量方式分类：按输入数字量方式分类：并行并行D/A和串行和串行D/A。按转换时间（按转换时间（TSTS）分类：）分类：高速高速D/A（100ns）、）、高速高速D/A（
12、100ns 10s）中速中速D/A（10s100s）、）、低速低速D/A（100s）物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1.2.3 D/A转换器的接口电路转换器的接口电路 1DAC0832（1）DAC0832的特点的特点 美美国国国国家家半半导导体体公公司司（National Semiconductor，NS）公司生产，）公司生产，DAC0830系列。系列。8位并行位并行D/A转换；转换；二级数据锁存；二级数据锁存；三种工作方式：直通、单缓冲、双缓冲；三种工作方式：直通、单缓冲、双缓冲；电流输出型芯片；电流输出型芯片；CMOS工工艺艺，DIP20封封装装，单单电电源源（+5 V+15
13、V，典型值典型值+5 V）供电供电；参考电压为参考电压为-10+10V 与与MCS-51连接方便。连接方便。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 DAC0830系列均为系列均为DIP20封装，管脚兼容。封装，管脚兼容。D0D7：8位数字量输入端位数字量输入端 ：片选端，低有效片选端，低有效ILE：数据锁存允许数据锁存允许 ，：写控制信号写控制信号1，2 ：数据传送控制信号数据传送控制信号Iout1，Iout2：电流输出端电流输出端1，2RFB ：内置反馈电阻端内置反馈电阻端VREF:参考电压源（参考电压源（-10 V+10 V）DGND，AGND：数字地、模拟地数字地、模拟地：Vcc：
14、+5 +15V电源供电端电源供电端物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院DAC0832内部结构电路内部结构电路 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2 2电压输出方法电压输出方法 采用运算放大器。采用运算放大器。输出电压输出电压VOUT=（-VREF）硬件电路硬件电路 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 3 3单缓冲方式接口单缓冲方式接口 内内部部数数据据寄寄存存器器有有一一个个处处于于直直通通方方式式，另另一一个个处处于于受受单单片机控制。片机控制。ILE+5V，片片选选信信号号、数数据据传传输输控控制制P2.7，两两个个写信号写信号CPU的写。数据线直接相连。地址为
15、的写。数据线直接相连。地址为7FFFH。硬件电路硬件电路 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院完成一次完成一次D/A转换的转换的A/D软件设计软件设计物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院例题例题 利用利用DAC0832作波形发生器产生三角波。作波形发生器产生三角波。解：解：电路如上页所示。电路如上页所示。程序如下：程序如下：ORG 0100H START:MOV DPTR,#7FFFH ;地址指向地址指向DAC0832 MOV A,#00H ;三角波起始电压为三角波起始电压为0 UP:MOVX DPTR,A ;数字量送数字量送DAC0832转换转换 INC A ;三角波上升边三
16、角波上升边 JNZ UP ;未到最高点未到最高点0FFH，返回返回UP继续继续 DEC A ;去掉最高点去掉最高点0FFH DOWN:DEC A ;到三角波最高值，开始下降边到三角波最高值，开始下降边 MOVX DPTR,A ;数字量送数字量送DAC0832转换转换 JNZ DOWN ;未到最低点未到最低点0，返回，返回DOWN继续继续 INC A ;去掉最低点去掉最低点00H SJMP UP ;返回上升边返回上升边 END物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院适用场合：适用场合：多路多路D/A同步进
17、行同步进行D/A转换输出。转换输出。4 4双缓冲方式双缓冲方式 硬件电路硬件电路 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院例例题题 假假设设某某一一分分时时控控制制系系统统，由由一一台台单单片片机机控控制制并并行行的的两两台台设设备备，两两台台设设备备的的模模拟拟控控制制信信号号分分别别由由两两片片DAC0832输出，要求两片输出，要求两片DAC0832同步输出并行控制。同步输出并行控制。解解：如如上上页页图图所所示示，利利用用DAC0832双双缓缓冲冲原原理理，对对不不同同端端口地址的访问具有不同的操作功能，具体功能如下表所示。口地址的访问具有不同的操作功能，具体功能如下表所示。P2.7
18、P2.6P2.5功功 能能口地址口地址0111#数据由数据由DB第一级锁存第一级锁存 7FFFH1100#数据由数据由DB第一级锁存第一级锁存 0DFFFH1011#及及0#同时由第一级同时由第一级第二级第二级 0BFFFH物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院实现同步输出的操作步骤为：实现同步输出的操作步骤为：1#待转换数据由数据总线待转换数据由数据总线1#的第一级锁存（写的第一级锁存（写7FFFH口）；口）；0#待转换数据由数据总线待转换数据由数据总线0#D的第一级锁存（写的第一级锁存（写0DFFFH口）；口）；1#、0#的第一级锁存器中的数据的第一级锁存器中的数据各自的第二级锁存，
19、同时开始各自的第二级锁存，同时开始D/A转换（写转换（写0BFFFH），同时输出控制信号。），同时输出控制信号。子程序如下：子程序如下：ORG 0100HSTART:MOV DPTR,#7FFFH;数据指针指向数据指针指向1#的第一级锁存器的第一级锁存器MOV A,#data1 ;取第一个待转换数据取第一个待转换数据data1MOVX DPTR,A;送入第一级缓冲器送入第一级缓冲器MOV DPTR,#0DFFFH;数据指针指向数据指针指向0#的第一级锁存器的第一级锁存器MOV A,#data0 ;取第二个待转换数据取第二个待转换数据data0MOVX DPTR,A;送入第一级缓冲器送入第一级缓
20、冲器MOV DPTR,#0BFFFH;数据指针指向数据指针指向1#0#的第二级缓冲地址的第二级缓冲地址MOVX DPTR,A ;1#和和0#数据同时进入第二级锁存，开始转换数据同时进入第二级锁存，开始转换RETEND物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院系统工作过程系统工作过程 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2.MCS-512.MCS-51单片机的交互通道配置与接口单片机的交互通道配置与接口主要内容：主要内容：从工程应用角度介绍了从工程应用角度介绍了MCS-51单片机的交互单片机的交互通道配置与接口通道配置与接口;主要包括人机界面中的键盘、显示器主要包括人机界面中的键盘、显
21、示器;介绍实用方案和设计技巧。介绍实用方案和设计技巧。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2.12.1 MCS-51 MCS-51单片机与键盘的接口技术单片机与键盘的接口技术2.22.2 MCS-51 MCS-51单片机与显示器的接口技术单片机与显示器的接口技术物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2.12.1 MCS-51 MCS-51单片机与键盘的接口技术单片机与键盘的接口技术键盘：键盘：完成控制参数输入及修改的基本输入设备，是完成控制参数输入及修改的基本输入设备，是人工干预系统的重要手段。人工干预系统的重要手段。键盘的分类：键盘的分类：按按编码方式可分为编码键盘与非编码键编
22、码方式可分为编码键盘与非编码键盘。按键组连接方式可分为独立连接式键盘与矩阵连盘。按键组连接方式可分为独立连接式键盘与矩阵连接式键盘。接式键盘。2.1.12.1.1 概述概述键盘输入的主要器件：键盘输入的主要器件：各种按键或开关。各种按键或开关。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1 1独立连接式键盘独立连接式键盘组成：组成：每键相互独立，各自与一条每键相互独立，各自与一条I/O线相连。线相连。CPUCPU读取键值的方法：读取键值的方法：直接读取连接键的直接读取连接键的I/O线的电平状态。线的电平状态。特特点点：硬硬件件、软软件件结结构构简简单单，判判键键速速度度快快，使使用用方方便便；
23、缺缺点点是是占占I/O口线多。口线多。适用场合：适用场合：多用于设置控制键、功能键。适用于键数少的场合。多用于设置控制键、功能键。适用于键数少的场合。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2.2.矩阵连接式键盘矩阵连接式键盘组成：组成：键按矩阵排列，各键处于矩阵行键按矩阵排列，各键处于矩阵行/列的结点处列的结点处。CPU读取键值的方法：读取键值的方法：对连在行（列）的对连在行（列）的I/O线送已知电平线送已知电平的信号，然后读取列（行）线的状态信息。逐线扫描，得出的信号，然后读取列（行）线的状态信息。逐线扫描，得出键码。键码。特点：特点：键多时占用键多时占用I/O口线少，硬件资源利用合理
24、，判键速口线少，硬件资源利用合理，判键速度慢。度慢。适用场合：适用场合：适用于键数多的场合。适用于键数多的场合。扫描方式：扫描方式：动态扫描。动态扫描。低电平扫描（回送线必须被上拉为高低电平扫描（回送线必须被上拉为高电平）、高电平扫描（回送线需被下拉为低电平）。电平）、高电平扫描（回送线需被下拉为低电平）。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院3.3.薄膜开关薄膜开关特特点点：不不需需要要进进行行导导线线与与开开关关间间的的焊焊接接，结结构构简简单单、体体积积小、防尘、防水、防有害气体侵蚀、寿命长、可靠性高。小、防尘、防水、防有害气体侵蚀、寿命长、可靠性高。应应用用：与与按按键键式式键键
25、盘盘类类似似，多多个个薄薄膜膜开开关关也也可可按按照照独独立立式式或矩阵式设计内部电路，其原理与普通键盘相同。或矩阵式设计内部电路，其原理与普通键盘相同。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院（1）开关状态的可靠输入）开关状态的可靠输入消除键抖动。消除键抖动。方法：方法：硬件（去抖动电路）；硬件（去抖动电路）；软件延迟（软件延迟（1020ms）。）。（2）键盘状态的监测方法键盘状态的监测方法中断方式、查询方式。中断方式、查询方式。（3）键盘编码方法。）键盘编码方法。（4）键盘控制程序的编制。）键盘控制程序的编制。2.1.22.1.2 使用键盘时必须解决的问题使用键盘时必须解决的问题 物理
26、与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2.1.32.1.3 键盘接口键盘接口功能：功能：对键盘上所按下的键进行识别。对键盘上所按下的键进行识别。按按编码方式可分为编码键盘与非编码键盘。编码方式可分为编码键盘与非编码键盘。（1）编码键盘：编码键盘：采用专用的编码采用专用的编码/译码器件，被按下的键译码器件，被按下的键由该器件译码输出相应的键码由该器件译码输出相应的键码/键值。键值。特点：特点：增加了硬件开销，编码固定，编程简单。增加了硬件开销，编码固定，编程简单。适用场合：适用场合：适用于小规模键盘。适用于小规模键盘。（2）非编码键盘：）非编码键盘：采用软件编采用软件编/译码的方式，通过扫描，
27、译码的方式，通过扫描，对每个被按下的键判别输出相应的键码对每个被按下的键判别输出相应的键码/键值。键值。特点：特点：不增加硬件开销，编码灵活，编程较复杂，占不增加硬件开销，编码灵活，编程较复杂，占CPU时间。时间。适用场合：适用场合：适用于小规模键盘，特别是单片机系统键盘。适用于小规模键盘，特别是单片机系统键盘。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院1 1键盘接口的工作原理键盘接口的工作原理电路：电路：键盘的回送线键盘的回送线X0X3通过电阻接通过电阻接+5V。基基本本原原理理：低低电电平平扫扫描描。无无键键闭闭合合，所所有有的的扫扫描描线线和和回回送送线线都都断断开开，回回送送线线都都
28、呈呈高高电电平平。某某一一键键闭闭合合时时，该该键键所所对对应应的的扫扫描描线线和和回回送送线线被被短短路路，相相应应的的回回送送线线变变为为低低电电平平。其与扫描线相交处的键闭合。其与扫描线相交处的键闭合。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院CPU对对键键盘盘扫扫描描的的方方式式：程程序序控控制制的的随随机机方方式式（CPU空空闲闲时时扫扫描描键键盘盘）、定定时时控控制制方方式式（定定时时扫扫描描键键盘盘）、中中断断方方式。式。CPU对键盘上闭合键的键号确定方法：对键盘上闭合键的键号确定方法：根据扫描线和回送根据扫描线和回送线的状态计算求得，或根据行线和列线的状态查表求得。线的状态计
29、算求得，或根据行线和列线的状态查表求得。2 2键输入程序的设计方法键输入程序的设计方法 （1）判断键盘上是否有键闭合；）判断键盘上是否有键闭合；（2）消除键的机械抖动；）消除键的机械抖动；（3）确定闭合键的物理位置；）确定闭合键的物理位置；（4）得到闭合键的编号；）得到闭合键的编号；（5）确保）确保CPU对键的一次闭合只做一次处理对键的一次闭合只做一次处理物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院3键盘接口方式键盘接口方式（1）独立式键盘接口（静态方式）独立式键盘接口（静态方式）特点：特点：结构简单，每个按键接单片机的一条结构简单，每个按键接单片机的一条I/O线，通过线，通过对输入线的查询，
30、可以识别每个按键的状态。对输入线的查询，可以识别每个按键的状态。例题例题 在在MCS-51 单片机系统中，设计一个含单片机系统中，设计一个含8个按键的个按键的独立式键盘。独立式键盘。解：解：独立式键盘，独立式键盘，8个按键经上拉电阻拉高后分别接到个按键经上拉电阻拉高后分别接到MCS-51单片机单片机P1口的口的8条条I/O线上（线上（P1.0P1.7）。）。无键按下：无键按下：P1.0P1.7线上输入均为高电平。线上输入均为高电平。有键按下：有键按下：与被按键相连的与被按键相连的I/O线为低电平输入，其他位线为低电平输入，其他位按键的输入线上仍维持高电平输入。按键的输入线上仍维持高电平输入。物
31、理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院设计过程：设计过程：8个按键引入线个按键引入线与非门与非门74LS30非门非门74LS04 中断的方式处理键盘。中断的方式处理键盘。中断服务程序：延时中断服务程序：延时20 ms去抖去抖查询各键查询各键确定确定按下键位置按下键位置转入相应的键处理程序。转入相应的键处理程序。系统工作过程系统工作过程 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院主程序如下：主程序如下：ORG 0000HLJMP STARTORG 0003H;外部中断外部中断0中断服务入口地址中断服务入口地址LJMP INT00;转中断服务转中断服务ORG 0030H START:MOV
32、SP,#60H SETB EA;开总中断允许开总中断允许SETB EX0;开开INT0中断中断SETB IT0;下降沿有效下降沿有效中断服务程序清单如下：中断服务程序清单如下：INT00:LCALL D20 ;延时去抖动延时去抖动MOV P1,#0FFH;P1口送全口送全1值值MOV A,P1;读读P1口各引脚口各引脚 CJNE A,#0FFH，CLOSE;验证是否确实有键闭合验证是否确实有键闭合 AJMP INTE;无键按下无键按下物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 CLOSE:JNB ACC.7,KEY 7;查询查询7号键号键 JNB ACC.6,KEY 6;查询查询6号键号键
33、JNB ACC.5,KEY5;查询查询5号键号键 JNB ACC.4,KEY4;查询查询4号键号键 JNB ACC.3,KEY 3;查询查询3号键号键 JNB ACC.2,KEY 2;查询查询2号键号键 JNB ACC.1,KEY 1;查询查询1号键号键 JNB ACC.0,KEY 0;查询查询0号键号键 INTE:RETI KEY 7:;7号键处理程序号键处理程序 KEY 71:MOV A,P1;再读再读P1口各引脚口各引脚 JNB ACC.7,KEY71;确认键是否释放确认键是否释放 LCALL 按键处理程序按键处理程序 RETI KEY 6:;其他键处理程序其他键处理程序 D20:;20
34、ms延时子程序延时子程序 END 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院（2）矩阵式键盘接口矩阵式键盘接口行反转法行反转法 矩阵式矩阵式键盘按键识别方法键盘按键识别方法有有行反转法行反转法和和动态扫描法动态扫描法等。等。行反转法需要两个双向行反转法需要两个双向I/O口分别接行、列线。步骤如下：口分别接行、列线。步骤如下：（1）行线输出全）行线输出全“0”，读入列线，判有无键按下。，读入列线，判有无键按下。（2）若有键按下，再将读入的列值输出，读行线的值。）若有键按下，再将读入的列值输出，读行线的值。（3）读取的列线）读取的列线/行线值运算，得到此键的唯一的特征值。行线值运算，得到此键的唯
35、一的特征值。优点：优点：判键速度快，两次即可。因输入与输出线反转而得名。适用于矩阵判键速度快，两次即可。因输入与输出线反转而得名。适用于矩阵式键盘。式键盘。例题例题 为为8051微处理器设计一个由微处理器设计一个由4行行4列键阵构成的键盘。列键阵构成的键盘。解：解：电路设计：电路设计：P2口的低口的低4位作为输出线（行）。位作为输出线（行）。P1口的低口的低4位作为输入线位作为输入线（列）（列），输入线通过，输入线通过74LS21逻辑与后接逻辑与后接8051的外部中断引脚的外部中断引脚0，有键按，有键按下时引起中断。中断服务程序中对所按的键进行判别。下时引起中断。中断服务程序中对所按的键进行判
36、别。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院系统工作过程系统工作过程 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 主程序中的键盘初始化主程序中的键盘初始化 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INT11 ORG 0030HSTART:MOV P2,#00H 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 查询闭合键的位置子程序查询闭合键的位置子程序KEYRKEYR子程序功能：确定每组线中哪一位为子程序功能：确定每组线中哪一位为0，是否有多个，是否有多个0。子程序入口：子程序入口：读某组线的数据存入累加器读某组线的数据存入累加器A中；中；子程序出口：子程序
37、出口：某组线中某组线中0的位置（的位置（03）保存在）保存在R3中。中。KEYR子程序如下：子程序如下：KEYR:CJNE A,#0EH,TESTP11;测试测试P1.0（或（或P2.0）MOV R3,#0;P1.0(或或P2.0)=0，说明被按键的输入线为，说明被按键的输入线为P1.0/P2.0LJMP FINISH;返回返回 TESTP11:CJNE A,#0DH,TESTP12;测试测试P1.1（或（或P2.1）MOV R3,#1LJMP FINISH TESTP12:CJNE A,#0BH,TESTP13;测试测试P1.2（或（或P2.2）MOV R3,#2LJMP FINISH TE
38、STP13:CJNE A,#07H,FINISH;测试测试P1.3（或（或P2.3）MOV R3,#3 FINISH:RET物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 中断服务程序中断服务程序 键按下，产生中断。中断服务程序开始利软件去抖动，然后处理。键按下，产生中断。中断服务程序开始利软件去抖动，然后处理。中断服务程序如下：中断服务程序如下：ORG 1000H INT11:LCALL DELAY;延时去抖动延时去抖动 MOV P1,#FFH ;读读端口引脚的预处理端口引脚的预处理MOV A,P1;读输入线读输入线ANL A,#0FH;判断是否有键闭合判断是否有键闭合CJNE A,#0FH,
39、TEST;有键闭合，转判断按键程序有键闭合，转判断按键程序RETI;无键闭合，返回无键闭合，返回 TEST:MOV B,A;暂存暂存LCALL KEYR;调用读取子程序调用读取子程序MOV 40H,R3;暂存在暂存在40H单元，单元，40H的低四位为行值的低四位为行值MOV P2,#0FFH;输出线写输出线写1MOV P1,B;行反转行反转，输入线写入数据，输入线写入数据MOV A,P2;读输出线读输出线LCALL KEYR;调用读取子程序调用读取子程序XCH A,R3 ;字节交换字节交换SWAP A ;A内部半字节交换，内部半字节交换，A的高四位为列值的高四位为列值ORL 40H,A;得按键
40、特征值得按键特征值RETI物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 中中断断程程序序结结束束后后，键键的的特特征征值值存存放放在在40H单单元元中中（高高4位位输输出出线线，低低4位位输入线）。查表，得到相应键的代码，可进行显示或其他处理。输入线）。查表，得到相应键的代码，可进行显示或其他处理。去抖动的延时子程序去抖动的延时子程序DELAY 利利用用CPU的的循循环环延延时时子子程程序序，延延时时20ms。设设晶晶振振频频率率为为12MHz，机机器器周周期期为为1 s，DJNZ指指令令2个个机机器器周周期期，时时间间为为2 s。20ms 2 s255，因此单重循环程序无法实现，可采用双重循
41、环的方法编写因此单重循环程序无法实现，可采用双重循环的方法编写20ms延时程序。延时程序。程序如下：程序如下：DELAY:MOV R7,#100 ;设置外循环次数（设置外循环次数（1个机器周期）个机器周期）DLY1:MOV R6,#98 ;设置内循环次数设置内循环次数 DLY2:DJNZ R6,DLY2 ;（R6）1=0，则顺序执行，否则转回，则顺序执行，否则转回 DLY2继续循环，延时时间为继续循环，延时时间为2 s98=196 s NOP ;延时时间为延时时间为1 s DJNZ R7，DLY1 ;（R7）1=0，则顺序执行，则顺序执行，否则转回否则转回DLY1继续循环继续循环 RET ;子
42、程序结束子程序结束延时时间为：延时时间为：（298 1 21）10021=20.003ms物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 利用空闲方式去抖动的延时子程序利用空闲方式去抖动的延时子程序DELAY 利利用用CPU空空闲闲方方式式，定定时时器器T1实实现现延延时时，T1必必须须预预先先置置初初值值，以以得到需要的延迟时间。设晶振频率为得到需要的延迟时间。设晶振频率为6MHz，延时，延时20ms定时时间为：定时时间为：（216TC）6/12=20103s，初值：初值：TC=25536=63C0H。程序如下：程序如下：DELAY:MOV TOMD,#11H;T1方式方式1定时定时MOV T
43、L1,#0C0H;定时器定时器1定时初值定时初值MOV TH1,#63HSETB EA;开中断开中断SETB ET1;开定时器开定时器1中断中断SETB PT1;定时器定时器1为高级中断（因被键盘中断调用）为高级中断（因被键盘中断调用）SETB TR1;启动定时器启动定时器ORL PCON，#1;启动空闲方式，实际启动空闲方式，实际CPU在此处等待在此处等待CLR TR1;以下四条指令只有在延时后，定时器被唤醒，才能执行以下四条指令只有在延时后，定时器被唤醒，才能执行CLR PT1CLR ET1RETEND 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2.22.2 MCS-51 MCS-51单
44、片机与显示器的接口技术单片机与显示器的接口技术 功能：功能：实现单片机应用系统中的数据输出和状态的反馈。实现单片机应用系统中的数据输出和状态的反馈。单单片片机机系系统统中中常常用用的的显显示示器器：发发光光二二极极管管、七七段段数数码码显显示示器器、液液晶显示器等。晶显示器等。2.2.1 LED显示器及其接口显示器及其接口发光二极管（发光二极管（Light Emitting Diode），简称），简称LED。LED显显示示器器分分类类：从从外外观观可可分分为为“8”字字形形的的七七段段数数码码管管、米米字字形数码管、点阵块、矩形平面显示器、数字笔划显示器等。形数码管、点阵块、矩形平面显示器、数
45、字笔划显示器等。1七段七段LED数码显示器数码显示器功能：功能：十进制或十六进制数字及某些简单字符。十进制或十六进制数字及某些简单字符。特点：特点：控制简单，使用方便，在单片机系统中应用较多。控制简单，使用方便，在单片机系统中应用较多。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院 上图中的上图中的ag七个笔划（段）及小数点七个笔划（段）及小数点dp均为发光二极管。数码均为发光二极管。数码管显示器根据公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管（将所有发管显示器根据公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管（将所有发光二极管的阴极连在一起）和共阳极数码管（将所有发光二极管的阳光二极管的阴极连在一起）和共阳
46、极数码管（将所有发光二极管的阳极连在一起）。极连在一起）。单片机系统扩展单片机系统扩展LED数码管时多用共阳数码管时多用共阳LED。共阳数码管每个段共阳数码管每个段笔画是用低电平笔画是用低电平(“0”)点亮的，要求驱动功率很小；而共阴数码管段点亮的，要求驱动功率很小；而共阴数码管段笔画是用高电平笔画是用高电平(“1”)点亮的，要求驱动功率较大。通常每个段笔画点亮的，要求驱动功率较大。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。要串一个数百欧姆的降压电阻。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院组成：组成：ag七个笔划（段）及小数点七个笔划（段）及小数点dp均为发光二极管。均为发光二极管。分类
47、：分类：按公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管和共阳极数码管。按公共端的连接方式，可以分为共阴极数码管和共阳极数码管。位选：位选：公共端。公共端。段选：段选：七个笔划（段）七个笔划（段）ag及小数点及小数点dp。单片机系统扩展单片机系统扩展LED数码管时多用共阳数码管时多用共阳LED，低电平点亮，要求驱动，低电平点亮，要求驱动功率小。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。功率小。通常每个段笔画要串一个数百欧姆的降压电阻。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院LED工作过程工作过程 物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院2 2LEDLED点阵模块显示器点阵模块显示器组组成成：由
48、由发发光光二二极极管管排排成成一一个个mn的的点点阵阵，每每个个发发光光二二极极管管构构成点阵中的一个点。成点阵中的一个点。特特点点：能能显显示示的的字字符符比比较较多多，显显示示逼逼真真，控控制制比比较较复复杂杂。适适用用于显示汉字、图形和表格，广泛应用于公共场合的信息发布。于显示汉字、图形和表格，广泛应用于公共场合的信息发布。七段七段LED字形码如下表所示。字形码如下表所示。显示字符显示字符共阳极字符共阳极字符共阴极字符共阴极字符显示字符显示字符共阳极字符共阳极字符共阴极字符共阴极字符0C0H3FHA88H77H1F9H06Hb83H7CH2A4H5BHCC6H39H3B0H4FHdA1H
49、5EH499H66HE86H79H592H6DHF8EH71H682H7DHP8CH73H7F8H07HH89H76H880H7FHLC7H38H990H6FH“灭灭”FFH00H物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院3.LED的驱动接口的驱动接口 工工作作基基础础：LED工工作作时时需需要要一一定定的的工工作作电电流流，才才能能正正常常发发光光。流过流过LED的电流大小决定了它的发光强度。的电流大小决定了它的发光强度。工作工作电压电压：单个单个LED是一个压降为是一个压降为1.21.5V的发光二极管。的发光二极管。工工作作电电流流：通通过过串串接接限限流流电电阻阻R调调整整LED的的显
50、显示示效效果果。R 工工作作电电流流LED的的亮亮度度，工工作作电电流流 损害驱动器件、损害驱动器件、LED。限流电阻。限流电阻R一般取数百欧姆。一般取数百欧姆。物理与电子电气工程学院物理与电子电气工程学院4 4LEDLED数码管的显示与驱动数码管的显示与驱动工作方式：工作方式：静态和动态两种显示方式。静态和动态两种显示方式。（1 1）静态显示方式）静态显示方式定定义义：各各数数码码管管在在显显示示过过程程中中持持续续得得到到送送显显信信号号，与各数码管接口的与各数码管接口的I/O口线是专用的。口线是专用的。特特点点：显显示示稳稳定定，无无闪闪烁烁，用用元元器器件件多多，占占I/O线线多多，无